CN103080735A - 采集油样品并监测其品质的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本文公开了能够通过测量油的电容特性来提供油质的指示的方法和装置。所述方法和/或装置可使用包括微体积油采集槽的样品采集探针，在所述槽的底面上设置有电容感测元件，所述元件由亲油润湿特征横向界定。所述方法可涉及将样品采集探针至少部分地浸入油源中，然后将所述探针从所述油源抽出，使得微体积油样品被保留在所述探针的微体积油采集槽内，并用设置在所述槽中的电容感测元件测量所述微体积油样品的电容特性。

Description

采集油样品并监测其品质的方法和装置
背景技术
当油（例如，烹调油、炸油、脂肪、起酥油等）暴露于高温时，会发生氧化反应，从而导致油降解。因此，常常在（例如）饭店厨房监测油质，以确定油是否仍然适合使用。常用来评价油质的一个参数是油中的总极性（化合物）含量。已使用各种方法（电容式、光谱式等）来测量油中的总极性含量。
发明内容
本文公开了能够通过测量油的电容特性来提供油质的指示的方法和装置。所述方法和/或装置可使用包括微体积油采集槽的样品采集探针，在所述槽的底面上设置有电容感测元件，所述元件由亲油润湿特征横向界定。所述方法可涉及将样品采集探针至少部分地浸入油源中，然后将所述探针从所述油源抽出，使得微体积油样品被保留在所述探针的微体积油采集槽内，并用设置在所述槽中的电容感测元件测量所述微体积油样品的电容特性。
在一个方面，本文公开了一种从油源采集微体积油样品并测量所述微体积油样品的电容特性的装置，包括：样品采集探针，其包括微体积油采集槽，在所述槽的底面上设置有电容感测元件，在所述槽底面及其上的所述电容感测元件的顶上设置有氟化屏蔽涂层；并且其中所述电容感测元件以及所述电容感测元件顶上的所述氟化屏蔽涂层由亲油润湿特征横向界定。
在另一方面，本文公开了一种测量微体积油样品的电容特性的方法，包括：提供设置在样品采集探针的微体积油采集槽的底面上的电容感测元件；将所述样品采集探针至少部分地浸入油源中，并将所述探针从所述油源抽出，使得微体积油样品以完全覆盖所述电容感测元件的方式保留在所述油采集槽内；使用所述电容感测元件来测量所述微体积油样品的电容特性。
附图说明
通过下文对示例性实施例的具体描述，将更充分地理解本发明的这些和其他特征和方面。应当理解，上述全面描述和下文的详细描述为示例性的描述，并且不是本发明的限制性的描述。
图1是示例性油质监测装置的透视图，所述装置包括样品采集探针，所述探针包括微体积油采集槽，所述油采集槽包括具有氟化屏蔽涂层的电容感测元件。
图2是包括具有氟化屏蔽涂层的电容感测元件的示例性微体积油采集槽的透视图。
图3是沿图2的线3-3截取的图2的微体积油采集槽的剖视图。
图4是图3的微体积油采集槽的剖视图，其中所述槽容纳有油样品。
图5是包括示例性亲油润湿特征的示例性微体积油采集槽的局部剖视图。
图6是包括另一示例性亲油润湿特征的示例性微体积油采集槽的局部剖视图。
图7是包括另一示例性亲油润湿特征的示例性微体积油采集槽的局部剖视图。
图8是包括另一示例性亲油润湿特征的示例性微体积油采集槽的局部剖视图。
图9是示例性微体积油采集槽的透视图，所述槽包括具有氟化屏蔽涂层的电容感测元件，并且还包括紧邻所述槽的周边设置的液体传感器。
图10是示例性微体积油采集槽的剖视图，所述槽包括具有氟化屏蔽涂层的电容感测元件，并且还包括设置在所述槽上方的油铺展片。
在多张图中，类似的参考标号表示类似的元件。某些元件可能以相同元件重复出现；在此类情况下，参考标号可能仅标出单个代表性元件，但应当理解，此类参考标号适用于所有此类相同的元件。除非另外指明，否则本文档中的所有图和附图均未按比例绘制，并且被选择用于示出本发明的不同实施例。具体地讲，除非另外指明，否则仅用示例性术语描述各种部件的尺寸，并且不应从附图推断各种部件的尺寸之间的关系。尽管本发明中可能使用了“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“下方”、“上方”、“前部”、“背部”、“向外”、“向内”、“向上”和“向下”以及“第一”和“第二”等术语，但应当理解，除非另外指明，否则这些术语仅以它们的相对意义使用。
具体实施方式
图1示出示例性油质测量装置1的透视图，所述装置可用于监测液体油的品质，例如饭店等中可能使用的烹调油、炸油等。装置1包括控制单元400，其可包含用于信号处理、数据处理、接收操作者输入等的电路。装置1还包括样品采集探针2，所述探针包括微体积油采集槽100，所述槽包括电容感测元件110。电容感测元件110可操作地连接到控制单元400，以使得所述电容感测元件可通过所述控制单元操作，这可通过任何合适的机制实现，如本文稍后所讨论的。包括微体积油采集槽100（其中具有电容感测元件110）的样品采集探针2可通过例如连接构件410物理地连接到控制单元400。
图2包含示例性样品采集探针2的放大透视图，所述探针包含微体积油采集槽100，所述槽中具有电容感测元件110。图3示出探针2的剖视图，其进一步示出微体积油采集槽100。按照定义，微体积油采集槽100具有不超过500微升的标称容量，并且可采取大致中空槽的形式，所述槽的深度远小于槽的横向尺寸，并且具有面向上的开口以使得微体积油样品可被接纳到槽中。面向上的开口可与槽100的横向尺寸共延，如图2的示例性实施例中一样。（在一些实施例中，如本文稍后讨论，面向上的开口可包括油铺展片，油可穿过所述油铺展片以到达槽100）。槽100的底面102可由基底120（或基底120上的层）的大致平坦的上表面提供，其上承载电容感测元件110和氟化屏蔽涂层200。电容感测元件110可采取例如一对导电通道的形式，所述导电通道一起构成电容电极，例如交错的电极134和136。油样品的电容特性可利用电极134和136（例如，通过监测油对电极134和136的电容、阻抗等的影响）来测量，然后可与油样品的总极性含量相关联，从而允许确定油质。
如本文所用，术语向上和上部表示在与基底120大致相反的方向上从槽100面向外或向外取向（例如，朝着图3的顶部）；术语向下和下部表示在与槽100相反的方向上从基底120面向外或向外取向（例如，朝着图3的底部）。术语横向是指与基底120的平面和槽100的平面大致平行的方向，术语垂直是指与基底120和槽100的平面大致垂直的方向（向上和向下）。术语“上方”表示沿着垂直方向向上。术语微体积被定义为小于500微升的体积，如本文稍后详细讨论的。
基底120可由任何合适的材料制成，其上可承载导电通道而不会对电测量有材料方面的不利影响，并且足够热稳定以提供用于本文所公开的用途。具体地讲，基底120可被选择为能承受烹调油的温度（例如，150、175或200℃或更高）。例如，基底120可由陶瓷填充的含氟聚合物制成，例如可以商品名Isoclad得自加利福尼亚州库卡蒙格牧场的雅龙公司(Arlon,Inc.,Rancho Cucamonga,CA)的产品。在一些实施例中，可能需要提供可选的无源热质元件121，其与基底120的至少一部分相邻设置并与其密切热接触（或者与和基底120密切热接触的层密切热接触）。热质元件121可提供预定热质，所述热质可影响热质元件121及其上的基底120和电容感测元件110在被置于油源中时变热的速率，和/或它们连同槽100内采集的微体积油样品在采集微体积油样品之后冷却的速度，如稍后详细讨论的。
交错型电极134和交错型电极136根据本领域熟知的方法按照间隔构型设置在基底120上，以一起构成交错型电容感测元件110。交错型电极134和136可这样制成：通过任何合适的方法用导电材料涂覆部分基底120以形成图案化的连续导电轨迹（通道）。导电材料可直接设置在构成基底120的材料的暴露表面的顶上；或者，导电材料可设置在存在于基底120上的材料层（例如，粘结层、底漆层、粘附力增强层等）的暴露表面的顶上。电极的（横向）宽度、厚度（深度）、间距等可根据需要选择，各个电极134和136的交错型指状物134a和136a的相邻部分之间的间隙（即，横向空间）133也可如此。尽管在图2的示例性结构中，交错型电极134和136包括直线图案（常常称作梳状交错型图案），也可使用其他结构，例如交错型螺旋图案等。交错型电极134和136可通过引线连接至接触焊盘（任何图中均未示出），所述焊盘可电连接至控制单元400，所述控制单元可包括电容测量电路、温度测量电路、控制电路以用于操作上述装置、处理从其接收的数据、向用户呈现此类处理的结果、存储数据和/或结果、将数据和/或结果发送给远程接收位置等。
温度传感器122可提供用于监测元件110和/或槽100内的微体积油样品的温度。在一些实施例中，如果期望使油样品和/或元件110达到特定温度以便于测试，则可提供有源温度控制元件（例如，带电源的加热块；任何图中均未示出）。在其他实施例中，不存在有源温度控制元件，因此对温度不受控的微体积油样品执行电容测量，如本文稍后会详细讨论的。
电容感测元件110包括氟化屏蔽涂层200，其覆盖交错型电极134和136，并且另外覆盖电极134和136之间的间隙133中的槽底面102（如，基底120或基底120上的层的上表面）。因此，槽100内采集的微体积油样品将驻留于氟化屏蔽涂层200的最外侧暴露表面上，如图3的剖视图所示。为了电容测量的最佳准确度，可能期望采集的微体积油样品完全覆盖整个电容感测元件110（如，整个交错型电极134和136及两者间的间隙133，没有必要包括接触焊盘及其连接）。
氟化屏蔽涂层200可能在耐久性、可清洁性等方面提供显著优势，如Yu等人的序列号为12/542829的美国专利申请中所讨论的。然而，已发现氟化屏蔽涂层200可能在本文所公开的样品采集形式（其中将微体积油样品采集到相对宽、浅的微体积槽100中）方面存在问题。由于氟化屏蔽涂层200可能是高度疏油的，采集的微体积油样品可能趋于从涂层200的区域去湿和/或优先在槽100的某些位置聚集成珠。这样的行为可能对使用电容传感器110所进行的测量的准确度和/或精密度有不利影响。因此，开发出本文所公开的方法和装置以提高微体积油样品采集装置和/或方法的功能。
因此，可在样品采集探针2的微体积油采集槽100内提供亲油润湿特征50，如图2-8中的各种示例性实施例中所示。按照定义，亲油润湿特征50横向界定（即.，围绕、环绕等，但不限于严格圆形（或者甚至大致圆形）构型）电容感测元件110，并且其至少一个表面可由槽100内的微体积油样品接触且未氟化（本文中定义为总氟含量低于0.05重量%），表面能为至少30达因/厘米。亲油润湿特征50可确保微体积油样品90一旦被采集到槽100中就保持润湿于包含电容感测元件110的槽底面的整个区域上，如图4中以示例性方式示出的。在一些实施例中，亲油润湿特征50可限定微体积油采集槽的横向边界；在其他实施例中，亲油润湿特征50可横向上位于由一些其他界定特征或屏障（如，侧壁）提供的微体积油采集槽100的边界内。
亲油润湿特征50可选自多种不同的设计。在图2-4中并且在图5的放大视图中示出这样的实施例，其中亲油润湿特征50包括层52（例如，可为带、框架、部分框架等）的亲油边缘51。层52垂直伸出，高于氟化涂层200的平面；至少边缘51的横向面向内的表面应该是未氟化的，且表面能大于30达因/厘米（本文中亲油被定义为至少一些暴露的表面积为未氟化的，且表面能大于30达因/厘米）。如果需要，层52的任何或所有其他表面（如，上表面58）也可为亲油的。例如，可这样提供层52：通过任何合适的方法（如，涂覆、汽相沉积、溅射等）沉积亲油材料，以在槽100内横向上在电容感测元件110外侧的期望位置形成层。或者，可以合适的形式（如，作为带）提供预成形的材料层并根据需要将其设置在槽100内。在任一种情况下，层52可为粘性的，或者可为非粘性的，并且可通过任何合适的附着机制附着到位。例如，层52可包括粘合剂表面（如，压敏粘合剂表面），从而可直接粘结到基底120（或其上的层）上；或者，层52可为非粘性的，但可通过单独的粘合剂层、或者通过溶剂粘结、或者通过任何其他合适的方法粘附到基底120。层52可包括暴露的上表面58（如，如图2-5中所示）；或者，任选地，层52的上表面可被某种其他材料层覆盖。然而，按照定义，亲油润湿特征50不涵盖靠近槽100的用于粘结过滤材料或吸收垫的粘合剂框架的边缘51。
尽管图2中示出具有以直角相交的大致直的部分，在一些实施例中，边缘51可遵循弓形路径，和/或可包括逐渐弯曲的拐角而非直角拐角，本文稍后公开的任何其他示例性亲油润湿特征50（如，肋53、凹槽55、间隙57等）也可如此。边缘51可如图5中一样大致垂直取向；或者，可略微偏离垂直方向一角度。氟化屏蔽涂层200可在层52的一部分或全部下面横向延续（如图3-5的示例性实施例中一样），或者可端接于（例如）横向靠近边缘51处。
图6示出另一示例性设计，其中亲油润湿特征包括横向界定电容感测元件110的亲油肋53。肋53的至少一个表面（如，表面54）是未氟化的，且表面能大于30达因/厘米。氟化涂层200可横向端接于肋53处（如图6所示），或者可至少存在于横向上肋53外侧的一些位置处。尽管图6中示出为大致三角形横截面，但可选择任何合适的形状，包括正方形（如，顶部大致平坦）、圆形等。尽管图6中示出为大致平坦，肋53的所述至少一个未氟化表面可具有次要结构或纹理（如，锯齿形、正弦形、锥形、丘形(moguled)、圆齿形等），本文所公开的任何其他示例性亲油润湿特征50的未氟化表面也可如此。肋53可通过任何合适的方法形成，如通过在基底120上沉积材料来形成。例如，肋53可在沉积氟化屏蔽涂层200之前形成；或者，肋53可在沉积涂层200之后形成。普通技术人员将会知道，肋53型的亲油润湿特征50与层52的边缘51型的那些亲油润湿特征50之间可能没有明确的分界线。
图7示出另一示例性设计，其中亲油润湿特征50包括横向界定电容感测元件110的亲油凹槽55。凹槽55的至少一个表面是未氟化的，且表面能大于30达因/厘米。氟化涂层200可至少存在于横向上凹槽55外侧的一些位置处（如图7所示），或者可端接于凹槽55处。尽管图7中示出为大致三角形横截面，但可选择任何合适的形状。凹槽55可部分地穿透到基底120中，如图7所示。凹槽55可在沉积氟化屏蔽涂层200之前或之后通过任何合适的方法来形成。例如，工具可沿着基底120的上表面横切，去除任何已有的氟化屏蔽涂层200以及至少一部分基底120，从而得到图7所示一般类型的凹槽55。
图8示出另一示例性设计，其中亲油润湿特征50包括在基底120上的期望位置处的位于氟化屏蔽涂层200中的亲油间隙57。间隙57可通过去除一部分此前沉积的涂层200来得到；或者可在形成（如，沉积）氟化屏蔽涂层200的过程中在期望位置设置掩模，使得在指定包括间隙57的位置不形成氟化屏蔽涂层。因此，间隙57可包括（例如）基底120或其上的层的暴露上表面，只要该暴露表面是未氟化的，且表面能大于30达因/厘米。氟化涂层200可至少存在于横向上间隙57外侧的一些位置处（如图8所示），或者可端接于间隙57处。普通技术人员将会知道，间隙57型的亲油润湿特征50与凹槽55型的那些亲油润湿特征50之间可能没有明确的分界线。
上述设计的许多变型和组合也是可以的。单种类型的亲油润湿特征50可横向界定电容感测元件110的所有侧面；或者，某种类型（如，层52的边缘51）可横向设置在电容感测元件110的一部分外侧，不同的类型（如，凹槽55）可横向设置在元件110的另一部分外侧，这些不同类型的润湿特征组合以共同横向界定元件110。尽管在本文所述的示例性实施例中示出为大致连续的，普通技术人员将会知道，任何亲油润湿特征50可包括间断的或不连续的设计。即，带、肋、凹槽等可由多个单独的带、肋或凹槽构件共同提供，如多个适当间隔开和设计的柱、肋区段、块、间隙（处于氟化屏蔽涂层200中）等，而非大致连续的边缘、肋、凹槽、间隙等。
在一些实施例中，可提供横向界定亲油润湿特征50的次要阻挡特征59，以便防止油横向向外渗透到亲油润湿特征50之外超过期望的程度。尽管与间隙57结合以示例性方式示出（图8中），这样的次要阻挡特征59可用于任何亲油润湿特征50，无论润湿特征是边缘、肋、凹槽等。次要阻挡特征59可通过提供物理屏障、通过具有合适的表面能、或者通过两者的组合来最小化或阻挡油的流动，并可由任何合适的材料以任何合适的方式形成。在一些实施例中，次要阻挡特征59可以是限定槽100的横向尺寸的侧壁的至少一部分。
如图9中以示例性方式所示，在一些实施例中，可靠近亲油润湿特征50提供一个或多个流体检测传感器70。这样的传感器可允许确认至少在槽100内的特定位置处或附近存在液体油。如果需要，若干这样的传感器可沿着亲油润湿特征50的长度间隔开（无论均匀地还是变化地）。所述传感器可至少稍稍地（如，几毫米）横向向内延伸到由亲油润湿特征50横向界定的区域中，如图9的示例性实施例中所示。例如，这样的传感器可以是仅对是否存在液体油作出响应的电容传感器（这与电容感测元件110相反，电容感测元件应该能够辨别由油样品的总极性含量引起的电容变化）。这样的传感器可在与电容感测元件110的形成相同的操作中形成于基底120上（如，通过沉积或形成导电轨迹）；或者，其可单独提供。可根据需要使用任何其他合适类型的流体检测传感器（如，光学传感器）。
如图10中以示例性方式所示，在一些实施例中，可提供油铺展片80，其与电容感测元件110相邻地向上设置并与整个电容感测元件110呈重叠关系。可在片80的下表面与氟化屏蔽涂层200之间提供微小的垂直间隙（如，高度介于约20微米与约500微米之间）（然而，片80可与亲油润湿特征50的一部分接触）。片80对油而言可为充分可渗透的，以在样品采集探针2浸渍到油源中时允许油样品填隙地穿过片80渗透到槽100中。相反，或者除此之外，可在片80中和/或与片80相邻提供一个或多个贯穿开口，以允许油到达槽100中。片80可用于帮助将油铺展到整个电容感测元件110上（如，遍及槽100），并帮助将油保持在整个电容感测元件110上的适当位置而不会去湿。按照定义，用于本文的样品采集探针2的油铺展片80与传统过滤器（如，过滤隔膜）、吸收垫等的区别之处在于：不由任何有机聚合材料或纤维素材料制成，能够抵御将探针2直接浸渍到（热）油源中时所经受的温度，除了可能阻挡（例如）尺寸大于0.1mm或更大的粗颗粒之外不执行任何过滤功能）。用于片80的合适的材料可包括（例如）不锈钢网片等。在各种实施例中，油铺展片80可与上述任何示例性亲油润湿特征50结合使用，或取代上述任何示例性亲油润湿特征50。在后一种情况下，油铺展片80的至少横向界定电容感测元件110的那部分在这种情况下可考虑成为本文所公开的亲油润湿特征。
在一些实施例中，样品采集探针2不包括设计类似于电容感测元件110但不接触油样品（即，设置在基底120的下表面上）的补偿电容器。在一些实施例中，样品采集探针2不包括防止电容感测元件110对寄生电容（如，来自油源容器的金属壁）作出响应的屏蔽装置，因为如本文稍后所讨论的，本文所用的装置1可能不易受这样的寄生电容的影响。
在一些实施例中（如，如图1所示），样品采集探针2通过连接构件410物理地连接至控制单元400，所述连接构件可为细长的，以使得持握控制单元400的操作员可将探针2浸入油源中，而不必使持握的控制单元400无法接受地靠近油源。在一些实施例中，连接构件410可为柔性的。在特定实施例中，连接构件410能够可逆成形（如，成形为弯曲、拱形或弓形构型、S形构型等），以允许探针2很容易地浸入特定油源中。连接构件410可为自持的，这意味着其可保持在特定成形构型而无需操作员的帮助。在一些实施例中，连接构件410能够可逆延伸（如，从初始未延伸构型，例如回缩的卷簧构型）成延伸构型。如果需要，可沿着连接构件410的长度在某处提供次要手柄以方便这样的延伸。如果需要，至少连接构件410的外表面可由热导率相对低的材料制成，控制单元400的壳体也可如此。
如果需要，样品采集探针2和/或电容感测元件110可在使用一次之后丢弃；然而，如本文所公开的，其可重复使用，并且在至少一些实施例中，其可有利地使用多次（如，五次、十次、二十次或更多次）。样品采集探针2和/或电容感测元件110能够（例如）从连接构件410拆卸，从而可更换。
样品采集探针2及其中的电容感测元件110（以及温度传感器122和液体传感器70，如果存在的话）通过任何合适地机制可操作地连接到控制单元400。在一些实施例中，这可通过穿过连接构件410延伸的导线和/或光纤线缆来实现。在其他实施例中，这可通过探针2与控制单元400之间的无线通信（如，通过蓝牙连接等）来实现。在这样的实施例中，可能不需要探针2物理地连接至控制单元400（如，探针2可仅具有手柄，该手柄允许将探针2浸入油源中）。然而，即使探针2与控制单元400通过连接构件410物理连接，这两者之间也可使用无线通信。
根据本文所公开的方法，可将微体积油样品采集到油采集探针的微体积油采集槽中，并利用油采集槽内的电容感测元件来测量其电容特性。（尽管本文中为了方便在包括亲油润湿特征50的探针2的背景下进行描述，需要指出的是，本文所公开的样品采集和测量方法并不一定需要亲油润湿特征50的存在）。油样品可从处于任何合适的温度（包括例如煎炸烹饪中通常使用的高温）的任何油源（如，油桶）采集。样品采集探针2可至少部分地浸入油源中达到足以将微体积油样品采集到微体积油采集槽100中的程度。如本文中所定义的，术语采集限于这样使油进入槽100中：将槽100至少部分地浸入油源中，然后油源的样品进入槽100中，而无需操作员的进一步操纵或动作。这样的术语不涵盖将之前从油源取出的油样品沉积、转移或以其他方式插入槽100中的行为。
槽100可具有由壁（如，侧壁）限定的横向尺寸。这样的侧壁可与亲油润湿特征50相同（如，如图2和图3的示例性实施例中一样）。或者，侧壁可不同于亲油润湿特征50，并且可横向上位于其外侧（如，以横向界定亲油润湿特征50）。在各种实施例中，例如，槽100的横向尺寸可在约0.5cm至约6cm范围内（需要指出的是，槽100可为任何合适的横向形状，例如正方形、矩形、圆形、不规则等），因此在各种实施例中，槽100具有约1平方厘米至约20平方厘米的面积。在各种实施例中，槽100的深度可在至少10、20或40微米的范围内。在另外的实施例中，槽100的深度可至多为1000、500或200微米。不管深度和横向尺寸的组合如何，按照定义，微体积油采集槽100具有不超过500微升的标称容量。在这种情况下，标称容量表示槽100的体积，其由与限定槽100横向尺寸的侧壁的最上侧边缘齐平的平面界定（需要指出的是，在实际使用中，例如由于表面能效应，一部分油样品可能略微向上鼓起超出该平面）。在各种实施例中，微体积油采集槽100的标称容量小于约100微升，小于约50微升，或小于约20微升。应该指出的是，采集的油的体积可能与槽100的标称容量不相等。即，在一些情况下，采集的油样品可能没有将槽100填充至槽100的全深。例如，这可能是可接受的，或者甚至是有利的，只要亲油润湿特征能够充分诱使油样品覆盖整个电容感测元件110即可。并且如上所述，在一些情况下，油的实际体积可能略微超出槽100的标称容量。
样品采集探针2可按照任何合适的角度（相对于油源表面）（如，介于约20度和80度之间）至少部分地浸入油源中；使得微体积油样品被采集到槽100内，并且在将探针2从油源取出时不会从槽100流出或漏出。然后，可将探针2从油源取出，于是任何多余的油可从探针2移除，仅留下槽100内采集的微体积油样品以及可能残留在探针2和/或连接构件410的其他表面上的少量油。任何多余的油可被动或主动地从探针2移除。即，仅仅重力作用可将任何多余的油从探针2移除，留下槽100中采集的微体积油样品（如，通过将探针2设置为例如使得任何多余的油在重力影响下流走）。或者，可主动地使用工具（如，刀片、拭子等）来将任何多余的油扫走、吸走等。
在将样品采集探针2从油源取出之后，可使用样品采集探针2的电容感测元件110来测量油采集槽100中的微体积油样品的电容特性。该测量可在自探针2从油源取出的时间起，差不多立即（如，10秒、5秒、2秒或更短的时间内）执行。可执行单次电容测量；或者，如果需要，可进行（例如）多次测量并一起取平均。在测量电容特性的过程中，采集的微体积油样品的温度可比油源中的油的温度低（如，低超过2、5、10或20℃）（因为探针2和其中的油样品在自其从油源取出起的时间过程中可能已至少一定程度地冷却，例如冷却了至少几摄氏度）。可能不必等待采集的微体积油样品的温度达到平衡状态以进行电容测量。实际上，可执行动态测量（意味着在测量电容特性的过程中，油的温度按照每分钟至少5摄氏度的速率下降）。只要在电容测量过程中以足够的准确度测量采集的微体积油样品的温度（如，通过上述温度传感器122），使得可针对油的温度补偿测量的微体积油样品的电容特性，就没有必要在执行测量之前等待直到油样品达到平衡温度，因此可执行动态测量。
在一些实施例中，可在采集的微体积油样品的温度不受控制的情况下执行电容测量，这意味着在采集油样品与测量其电容之间的间隔期间，或者在测量本身期间，没有有源温度控制元件（即，带电源的任何类型的加热元件）起作用以控制微体积油样品和/或探针2的温度。然而，在一些实施例中，如果需要，可（例如）使用带电源的加热元件来控制温度。
普通技术人员将会知道，在将样品采集探针2浸入油源（即，热油）中时，探针2可变热至少达一定程度。在将微体积油样品采集到槽100中并将探针2从油源取出之后，探针2将开始冷却（如，当固定于空气中时）。如上所述，采集的微体积油样品在从油源取出时也将开始冷却。（在某一点，微体积油样品可与探针2热平衡，使得它们均处于类似或相同的温度，随后它们可一起冷却）。如所述，可在采集的油样品和/或探针2的温度仍在变化的同时执行电容测量。因此可能期望的是将探针2设计为优化此程序。例如，可能期望的是将探针2及其使用方法配置为使得在进行电容测量之前，采集的油样品的温度与探针2的温度彼此非常接近（如，以便进行油样品的最准确的温度测量，从而可最准确地进行适当的补偿）。因此，探针2可包括热质元件121，如图2中以示例性方式所示。热质元件121是无源的，没有以任何方式供电，因此可与（例如）有源温度控制元件相区分。元件121可被设计为合适的尺寸，并且可由具有合适的热容、热导率等的材料制成，以允许令人满意地进行本文所公开的动态（以及可选地，温度不受控的）测量。即，合适的无源热质元件可与探针2的其他部件（如，基底120）结合起作用，以控制或限制探针2在浸入热油源中时变热的速率，和/或控制和/或限制在探针2从油源取出时，探针2和/或其中的槽100中所容纳的采集的微体积油样品冷却的速率。例如，热质元件121可增大探针2的热质，使得探针2足够缓慢地冷却，从而在探针2仍处于相对高的温度的同时，采集的微体积油样品相对快速地与探针2的温度热平衡。另外，热质元件121可限制探针2的冷却速率，使得微体积油样品与其热平衡，从而可最佳地获得动态和/或温度不受控的电容测量。热质元件121可由任何合适的材料（如，诸如不锈钢的金属）制成，并且可（例如）通过导热粘合剂，或者通过允许热质元件121与基底120之间的合适的热导通的任何其他附着机制，来附着到基底120如。
在执行本文所公开的方法时，槽100可（但并非必须）包括亲油润湿特征50、和/或液体传感器70、和/或油铺展片80。如果使用油铺展片80，则油可直接渗透穿过片80的空隙到达槽100的内部；或者，可在片80的主体内或横向上其外侧提供一个或多个小开口或穿孔，以便提高油渗透到槽100中的能力。
本发明所公开的方法的显著优点在于：其仅需要将探针2短暂浸渍（如，短于约5秒、2秒或1秒）到油源中，以采集并取出样品（与需要在进行测量的同时将探针固定在油源中达相当长的时间（例如，20秒或更长）的方法相比）。并且，没有必要从油源的特定位置（如，距油源容器的壁超过特定距离）采集油样品，而这常常是在探针浸入油源中的同时用探针测量油的电容的系统所必要的。另外，不需要将采集的样品运送到次级装置以执行实际的电容测量。并且，如所述，不需要长时间地等待采集的油样品达到热平衡，并且不需要控制采集的油样品的温度。另外，使用微体积槽100可允许进行多次测量（无论是单个油源的重复测量，还是不同油源的测量），而无需在测量之间清洁槽100。即，槽100可具有自清洁能力，这意味着当具有包含之前采集的微体积油样品的槽100的探针2浸入油源中时，之前采集的微体积油样品可从槽释放（如，物理移走、溶解等）并被来自当前油源的油取代。在不同油源的连续测量的特定情况下，与油源相比微体积样品通常将如此少，使得任何之前采集的样品均将稀释于接着测量的油源中，从而其不会对第二种油源的电容测量的准确度有不可接受的损害。然而，如果需要，可在测量之间，和/或在一系列测量结束时，将油样品从槽100去除（如，通过用吸收材料擦拭或吸干）。
现在将讨论氟化屏蔽涂层200（尽管为了方便使用术语涂层，应当理解，其涵盖包含本文所述氟化材料的任何层，而不管具体的沉积方法如何）。氟化屏蔽涂层200可由任何氟化材料构成，所述材料具有足够的斥油性和斥水性、油和水屏蔽特性、机械强度和完整性以及耐久性，以提供以上讨论的优点，同时不会对电容测量有不可接受的影响。在各种实施例中，氟化屏蔽涂层200的表面能可小于30达因/厘米，小于约25达因/厘米，小于约20达因/厘米，或小于约15达因/厘米。在某些实施例中，氟化屏蔽涂层200具有约10达因/厘米至约30达因/厘米的表面能。氟化屏蔽涂层200可具有至少约0.10微米、至少约0.2微米、至少约0.5微米或至少约1.0微米的厚度。在另外的实施例中，氟化屏蔽涂层200的厚度可为至多约12微米、至多约8微米或至多约4微米。氟化屏蔽涂层200可具有至少0.05重量%的总氟含量。总氟含量表示与涂层的整个（干燥，例如在去除任何涂层溶剂之后的）组合物有关的氟的量。在各种实施例中，总氟含量可为至少约0.5重量%、至少约5.0重量%或至少约20重量%。在各种实施例中，氟化屏蔽涂层200可包括交联材料，如下面所讨论的。
氟化屏蔽涂层200可从至少一种氟化不饱和化合物（其可（例如）通过自由基机制聚合）的反应产物获得。在一些实施例中，涂层200可包括分子的反应产物，其在相同的分子中包括氟原子（如，CF3基团、较大的氟化烷基基团等）以及丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯基团（本文中此类分子将称为氟化/(甲基)丙烯酸酯分子）。在各种实施例中，氟化基团可包括末端基团、侧基团、侧链基团等；或者其可包括位于两个或更多个末端(甲基)丙烯酸酯基团之间的链段（如，主链段）。在一些实施例中，所述反应产物可仅为氟化/(甲基)丙烯酸酯分子与氟化/(甲基)丙烯酸酯分子的反应产物。然而，在一些情况下，可能仅需要包括一定量的氟化/(甲基)丙烯酸酯分子（和/或此类分子中氟原子的含量）以提供上面所列优点。因此在一些实施例中，所述反应产物可为氟化/(甲基)丙烯酸酯分子与非氟化的(甲基)丙烯酸酯分子的反应产物。
氟化屏蔽涂层200可这样获得：将组合物（本文中为了方便称为涂层组合物，但这并非意在将沉积方法限于涂覆）沉积到其上承载电极134和136的基底120上。例如，这样的涂层组合物可包括诸如无机颗粒、纳米颗粒等的填料，如果此类填料赋予期望的特性（如，耐久性等）的话，并且还可包括本领域熟知的添加剂、引发剂、交联剂（其可为氟化的或未氟化的）、偶联剂、稳定剂等。
通过这样的反应产物如此形成的涂层通常将包括至少直链的高分子量氟化材料（在反应之后）。如果所用分子是多官能的（如，包括不止一个(甲基)丙烯酸酯基团），则涂层可包括网络，而非基本上直链的聚合物链。反应产物常常包括键合到主链的取代基的氟原子（如，在(甲基)丙烯酸酯分子的情况下，其中通常未发现氟原子直接键合到反应性的C=C键）。
在特定实施例中，至少一些氟化/(甲基)丙烯酸酯分子包括全氟聚醚(甲基)丙烯酸酯分子。如本文所用，“全氟聚醚(甲基)丙烯酰分子”是指包括至少一个全氟聚醚基团和至少一个(甲基)丙烯酰基团的分子，其通常通过连接基团连接。全氟聚醚(甲基)丙烯酰分子可由下式I表示：
(Rf)-[(W)-(RA)]W   （式I）
其中Rf为全氟聚醚基团；W为连接基团；RA为(甲基)丙烯酰基团或-COCF=CH2；w为1或2。
全氟聚醚基团Rf可以是直链的、支链的、环状的或它们的组合，并且可以是饱和的或不饱和的。全氟聚醚具有至少两个链接的氧杂原子。示例性全氟聚醚包括但不限于具有选自以下的全氟化重复单元的那些：-(CpF2p)-、-(CpF2pO)-、-(CF(Z))-、-(CF(Z)O)-、-(CF(Z)CpF2pO)-、-(CpF2pCF(Z)O)-、-(CF2CF(Z)O)-或它们的组合。在这些重复单元中，p通常为1到10的整数。在一些实施例中，p为1到8、1到6、1到4或1到3的整数。基团Z为全氟烷基基团、全氟醚基团、全氟聚醚或全氟烷氧基基团，所有这些基团都可以是直链的、支链的或环状的。Z基团通常具有不超过12个的碳原子、不超过10个的碳原子或不超过9个的碳原子、不超过4个的碳原子、不超过3个的碳原子、不超过2个的碳原子，或不超过1个的碳原子。在一些实施例中，Z基团可具有不超过4个、不超过3个、不超过2个、不超过1个的氧原子，或没有氧原子。在这些全氟聚醚结构中，不同的重复单元可沿着链随机分布。
Rf可以是单价的或二价的。在其中Rf为单价的一些分子中，末端基团可以是(CpF2p+1)-、(CpF2p+1O)-、(X'CpF2pO)-、或(X'CpF2p+1)-，其中X'为氢、氯或溴，p为1到10的整数。在一些单价Rf基团的实施例中，末端基团为全氟化的，p为1到10、1到8、1到6、1到4、或1到3的整数。示例性的单价Rf基团包括CF3O(C2F4O)nCF2-和C3F7O(CF(CF3)CF2O)nCF(CF3)-，其中n的平均值为0至50、1至50、3至30、3至15或3至10。
二价Rf基团适用的结构包括（但不限于）：
-CF2O(CF2O)q(C2F4O)nCF2-、-(CF2)3O(C4F8O)n(CF2)3-、-CF2O(C2F4O)nCF2-、以及-CF(CF3)(OCF2CF(CF3))sOCtF2tO(CF(CF3)CF2O)nCF(CF3)-，其中q的平均值为0至50、1至50、3至30、3至15或3至10；n的平均值为0至50、3至30、3至15或3至10；s的平均值为0至50、1至50、3至30、3至15或3至10；和(n+s)的平均值为0至50或4至40；和(q+n)大于0；t是2至6的整数。
在被合成时，根据式I的分子可包括Rf基团的混合物。平均结构为对混合组分进行平均后得到的结构。这些平均结构中的q、n和s值可以是变化的，只要化合物具有至少约400的数均分子量即可。式I的化合物常具有400到5000、800到4000或1000到3000的分子量（数均分子量）。
全氟聚醚链段与(甲基)丙烯酰或-COCF=CH2端基之间的连接基团W可包括选自亚烷基、亚芳基、杂亚烷基或其组合的二价基团，以及可选的选自羰基、羰氧基、羰基亚氨基、亚磺酰氨基或其组合的二价基团。W可以是未经取代的，或者可以被烷基、芳基、卤素或其组合取代。W基团通常具有不超过30个的碳原子。在一些化合物中，W基团具有不超过20个的碳原子、不超过10个的碳原子、不超过6个的碳原子或不超过4个的碳原子。例如，W可为亚烷基、芳基基团取代的亚烷基、或者与亚芳基结合的亚烷基。
在另外的实施例中，至少一些氟化/(甲基)丙烯酸酯分子包括全氟聚醚聚氨酯(甲基)丙烯酸酯分子。例如，此类分子可这样制成：首先使聚异氰酸酯与包含醇、硫醇或胺基团的全氟聚醚分子（如，上述类型）反应。然后，可将全氟聚醚聚氨酯添加剂与（如，未氟化的）异氰酸酯反应性多官能可自由基聚合的(甲基)丙烯酸酯交联剂结合。如本领域已知的，其他方法也是可以的。
示例性全氟聚醚聚氨酯(甲基)丙烯酸酯分子如下所示：
Figure BDA00002893324100171
在上式中，“HFPO”表示全氟聚醚，如Pokorney等人的PCT公布申请WO2009/029438中更详细描述的。该文献描述了全氟聚醚聚氨酯(甲基)丙烯酸酯分子、其制备以及涂层组合物及其反应产物的制备，并且为此以引用方式并入本文。
本文所述的全氟聚醚聚氨酯(甲基)丙烯酸酯材料可以是涂层组合物中采用的仅有氟化材料，或者可与各种其他氟化材料结合使用，所述其他氟化材料的至少一部分选自与至少一个自由基反应性基团（如，(甲基)丙烯酸酯基团）连接的含氟聚醚、氟代烷基和氟亚烷基。当采用这样的第二氟化材料时，可能优选的是该第二氟化物也包含HFPO-部分。
在上述实施例中，(甲基)丙烯酸酯分子（无论是否氟化）可为单官能的（即，携带单个(甲基)丙烯酸酯基团），或多官能的（即，携带两个或更多个(甲基)丙烯酸酯基团）。术语(甲基)丙烯酸酯表示包括至少一个丙烯酸酯基团和/或至少一个甲基丙烯酸酯基团的分子。在描述这些材料时，术语“化合物”表示所描述类型的分子的集合。
概括地说，在一些实施例中，氟化屏蔽涂层200可通过包含氟原子的任何合适的反应性化合物的反应来制成。此类氟原子可存在于氟化烷基基团（例如，反应性单体或低聚物的侧基团）中。例如，此类基团可包括CF3、C2F5、C3F7、C4F9、C5F11、C6F13、C7F15、C8F17以及上述全氟聚醚等。在其他实施例中，氟化屏蔽涂层可通过沉积氟化聚合材料（以及通过其他方法）来制成。这样的形成方法以及上述氟化组合物和制备方法的附加细节在Yu等人的标题为“Capacitive Oil Quality Monitoring Sensor withFluorinated Barrier Coating”（具有氟化屏蔽涂层的电容油质监测传感器）的美国专利申请No.12/542829中有所描述，其整体以引用方式并入本文。
本领域的技术人员将显而易见，本文所公开的具体示例性结构、特征、细节、配置等在许多实施例中可修改和/或组合。发明人构思的所有此类变型和组合均在所构思的发明的范围内。因此，本发明的范围不应受本文所述的具体示例性结构限制，而是受权利要求书的文字所描述的结构或其等同形式限制。如果在本说明书与以引用方式并入本文的任何文献的公开内容之间存在冲突或差异，则以本说明书为准。

Claims (30)

1.一种从油源采集微体积油样品并测量所述微体积油样品的电容特性的装置，包括：
样品采集探针，其包括微体积油采集槽，在所述槽的底面上设置有电容感测元件，在所述槽底面及其上的所述电容感测元件的顶上设置有氟化屏蔽涂层；
并且其中所述电容感测元件以及所述电容感测元件顶上的所述氟化屏蔽涂层由亲油润湿特征横向界定。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述亲油润湿特征包括亲油材料层的横向面向内的暴露边缘，所述亲油材料层垂直伸出，高于横向界定所述槽的区域中的所述氟化屏蔽涂层。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述电容感测元件设置在基底上，并且其中所述亲油润湿特征包括部分地穿透到所述基底中的凹槽，所述凹槽的至少一个表面不包括氟化屏蔽涂层。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述亲油润湿特征包括向上伸出高于所述氟化涂层的肋，所述肋的至少一个表面不包括氟化屏蔽涂层。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述亲油润湿特征包括所述电容感测元件设置于其上的基底的亲油暴露上表面，或者存在于所述基底上的层的亲油暴露上表面，其处于所述基底或其上的层的不存在氟化屏蔽涂层的区域中。
6.根据权利要求1所述的装置，还包括次要阻挡特征，其横向界定所述亲油润湿特征并防止油横向向外渗透超出所述次要阻挡特征。
7.根据权利要求1所述的装置，还包括靠近所述亲油润湿特征的至少一个液体传感器。
8.根据权利要求7所述的装置，其中多个液体传感器沿着所述亲油润湿特征的至少一部分长度间隔开。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述样品采集探针不包括有源温度控制元件。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述电容感测元件设置在基底上，并且其中所述样品采集探针包括无源热质元件，所述热质元件与所述基底的至少一部分的下表面相邻设置，并与所述基底或与和所述基底密切热接触的材料层密切热接触。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述探针包括油铺展片，其与所述电容感测元件相邻向上设置，并与整个所述电容感测元件呈重叠关系。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述油铺展片由金属网构成。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述样品采集探针通过细长的连接构件物理地连接至控制单元。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述连接构件是柔性的，并且能够可逆地成形为不同的自保持构型。
15.根据权利要求13所述的装置，其中所述连接器能够从未延伸构型可逆地延伸为延伸构型。
16.根据权利要求1所述的装置，其中所述样品采集探针通过无线通信可操作地连接到控制单元。
17.一种测量微体积油样品的电容特性的方法，包括：
提供设置在样品采集探针的微体积油采集槽的底面上的电容感测元件；
将所述样品采集探针至少部分地浸入油源中，并将所述探针从所述油源抽出，使得微体积油样品以完全覆盖所述电容感测元件的方式保留在所述油采集槽内；
使用所述电容感测元件来测量所述微体积油样品的电容特性。
18.根据权利要求17所述的方法，其中在所述微体积油样品的温度低于所述油源中的油的温度时，测量所述微体积油样品的电容特性。
19.根据权利要求18所述的方法，其中在所述微体积油样品的温度下降的同时，动态地测量所述微体积油样品的电容特性。
20.根据权利要求18所述的方法，其中在所述微体积油样品处于不受控的温度的情况下测量所述微体积油样品的电容特性。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述样品采集探针包括温度传感器，并且其中在测量所述微体积油样品的电容特性的过程中测量所述微体积油样品的温度。
22.根据权利要求17所述的方法，包括将所述样品采集探针至少部分地浸入第一油源中，将所述探针从所述油源抽出，使得第一微体积油样品被保留在所述油采集槽内，测量采集的所述第一微体积油样品的电容特性，然后将所述样品采集探针浸入第二油源中，所述第二油源可与所述第一油源相同或不同，将所述探针从所述第二油源抽出，使得第二微体积油样品被保留在所述油采集槽内，并测量采集的所述第二微体积油样品的电容特性，而无需在将所述探针浸入所述第二油源中之前，将所述第一微体积油样品从所述油采集槽清除。
23.根据权利要求17所述的方法，其中所述样品采集探针至少部分地浸入所述油源中，使得所述微体积油采集槽的所述底面相对于所述油源的表面成介于80度和20度之间的角度取向。
24.根据权利要求17所述的方法，其中在从所述油源取出之前，所述样品采集探针至少部分地浸入所述油源中的时间短于两秒。
25.根据权利要求17所述的方法，还包括使测量的所述油样品的电容特性与所述油的总极性含量相关，并基于所述油的总极性含量报告油质的指示。
26.根据权利要求17所述的方法，其中所述样品采集探针包括设置在所述槽底面及其上的所述电容感测元件的顶上的氟化屏蔽涂层，并且其中所述电容感测元件以及所述电容感测元件顶上的所述氟化屏蔽涂层由亲油润湿特征横向界定。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述样品采集探针包括靠近所述亲油润湿特征的至少一个液体传感器。
28.根据权利要求17所述的方法，其中所述样品采集探针包括油铺展片，其与所述电容感测元件相邻地向上设置，并与整个所述电容感测元件呈重叠关系。
29.根据权利要求17所述的方法，其中所述样品采集探针通过细长的连接构件物理地连接至控制单元，所述连接构件是柔性的，并且能够可逆地成形为不同的自保持构型。
30.根据权利要求17所述的方法，其中所述样品采集探针通过无线通信可操作地连接到控制单元。
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